经典电磁学

2011年高等教育出版社出版的图书

经典电磁学（英语：Classical electromagnetism）或经典电动力学是理论物理学的分支，通常包含在广义的电磁学，以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，主要研究电荷和电流的电磁场及其彼此的电磁相互作用。当相关尺度和场强足够大以至于量子效应可忽略时（参见量子电动力学），这一套理论能够对电磁现象提供一个非常漂亮的描述。有关经典电磁理论的综述以及物理概念的详细解说可参见费曼、莱顿和桑斯；帕诺夫斯基和菲利普；以及杰克逊等人的专著。

简介

经典电磁理论主要发展于19世纪，以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的成就达到顶峰。关于这部分的历史可参见泡利、惠特克、派斯的有关叙述。

Ribarič和Šušteršič在其著作《守恒律和经典电动力学的未决问题》中基于当前对经典电磁理论的理解，考查了十二个至今尚未解决的电动力学问题；到目前为止，他们研究并引用了1903年至1989年间约240篇参考文献。如杰克逊所言，经典电动力学中最显著的问题在于，我们只可能在如下两种有限的情形下得到及讨论基本方程的解：第一种情形为给出电荷和电流的分布，求解激发的电磁场；第二种情形为给出外部的电磁场，求解内部带电粒子和电流的运动。而有时候这两种情形会合二为一，此时的处理方法却只能按次序进行：首先在忽略辐射的情形下确定在外场中带电粒子的运动，然后将运动粒子的轨迹作为辐射源的分布计算电磁辐射。很明显，在电动力学中这种处理手段只能近似正确。进一步来说，虽然麦克斯韦方程组本身是线性的，然而某些电学-力学系统中电荷和电流与它们所激发的电磁场之间的相互作用却无法忽略，对于这类系统我们还不能从电动力学上完全理解。虽然经过了一个世纪的努力，至今人们还没能得到一组能够被广泛接受的描述带电粒子运动的经典方程，同时也没有获得任何有用的实验数据的支持。

洛伦兹力

主条目：洛伦兹力

电磁场会对处于其中的带电粒子施加如下的力（通常称作洛伦兹力）：

其中粗体量表示矢量：是携带电荷q的粒子所受到的洛伦兹力，是粒子所在位置的电场强度，是带电粒子的速度，是粒子所在位置的磁感应强度。

电磁波

主条目：电磁波

随时间变化的电磁场会以波的形式离开源点向外传播。这些波在真空中以光速前进，并覆盖了范围很宽的不同波长的频谱。这其中包括（波长由长到短排列）：无线电波、微波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线和伽玛射线。在量子场论中，电磁辐射是带电粒子之间电磁相互作用的具体表现形式，即电磁相互作用是通过电磁辐射（光子）为媒介来传递的。

场方程的推广

主条目：杰斐缅柯方程和李纳-维谢尔势

库仑定律虽然形式简洁并能对电学作出很好的描述，在经典电动力学中它却并不是完全正确的。根本问题在于，在考虑含时的情形下库仑定律描述的是一种超距作用，这种处理方法在场和相对论的观念中是不成立的。举例而言，当电荷分布发生变化时，库仑定律所描述的电场所发生的相应变化也是瞬时而狭义相对论则要求空间中任何一点的电场变化所需时间为非零值。根据电磁场理论我们知道在真空中这种扰动所需的传播速度为光速，从而含时的电荷分布在空间中激发的电场变化都是被延迟的。对一般的含时电荷及电流分布形成的场，这种推迟势可被计算求出，对其进行微分运算可得到杰斐缅柯方程。